Hiện tại, các nhà khoa học cuối cùng đã giải mã được bộ gene đầy phức tạp của nó, qua đó tiết lộ câu chuyện nguồn gốc đầy phức tạp của nó và cung cấp những công cụ hữu hiệu có thể giúp cải thiện sản lượng của loài cây lương thực này.
DNA của khoai lang phức tạp đến lạ thường. Nếu con người có hai bộ nhiễm sắc thể, mỗi bộ từ cha hoặc mẹ, khoai lang có tới sáu. Điều kiện này, hay còn gọi là hexaploidy (thuật ngữ chỉ một sinh vật có sáu bộ nhiễm sắc thể) đã khiến cho mã di truyền của chúng giống như được tái cấu trúc sáu bộ sách bách khoa toàn thư hoàn toàn khác biệt nhưng lại tương tự nhau, và được xáo trộn với nhau.
Một nhóm nghiên cứu do giáo sư Zhangjun Fei tại Viện nghiên cứu Boyce Thompson đạt dược một đột phá đáng kể, như đã được miêu tả trong bài báo xuất bản trên tạp chí Nature Plants. Sử dụng máy giải trình tự DNA tiên tiến, cùng với sự hỗ trợ của các kỹ thuật tiên tiến khác, họ đã tạo ra bộ di truyền hoàn chỉnh đầu tiên tạo nên ‘Tanzania’ – một giống khoai lang ở châu Phi có khả năng kháng bệnh và điều kiện khô hạn.
Thách thức chính của công trình này là gỡ gối 90 nhiễm sắc thể của loài cây này và tổ chức chúng thành sáu bộ nhiễm sắc thể đầu tiên, được gọi là đa bội. Nhóm nghiên cứu đã đạt được chia tách một cách đầy đủ, hay còn gọi là pha, câu đố di truyền phức tạp đó, điều chưa từng làm được trước đây.
“Khi làm được điều này, chúng tôi lần đầu tiên có được bộ gene ở cấp độ rõ ràng chưa từng có trước đây”, Fei giải thích. “Nó cho phép chúng tôi đọc được câu chuyện di truyền của khoai lang với chi tiết đáng kinh ngạc”.
Nghiên cứu này cho thấy sự phức tạp ngoạn mục. Hệ gene khoai lang mà một tập hợp khảm từ vô vàn tổ tiên hoang dại, một số cho đến nay còn chưa được nhận diện. Khoảng một phần ba thuộc loài Ipomoea aequatoriensis, một loài hoang dại được tìm thấy ở Ecuador vốn xuất hiện như một hậu duệ trực tiếp của một tổ tiên khoai lang. Một phần đáng kể khác trong bộ gene từ một loài ở Trung Mỹ tên là Ipomoea batatas 4x, trên thực tế có thể vẫn còn chưa được khám phá trong thế giới tự nhiên.
“Không giống những gì chúng ta thấy ở lúa mì, nơi những đóng góp của tổ tiên có thể được tìm thấy trong những phân đoạn bộ gene riêng rẽ”, Shan Wu, tác giả thứ nhất của bài báo, nói, “ở khoai lang, những trình tự di truyền của tổ tiên được xoắn vặn trên cùng nhiễm sắc thể, tạo nên một cấu trúc bộ gene độc đáo”.
Di sản di truyền xoắn xuýt này có nghĩa, khoai lang có thể được phân loại có mục đích như một “đa bội dị hợp phân mảnh” – về cơ bản là một loại lai xuất hiện từ những loài khác nhau nhưng hành xử về mặt di truyền như thể đến từ một loài duy nhất vậy. Sự hòa trộn bộ hene và tái tổ hợp khiến cho khoai lang có khả năng thích ứng và kháng bệnh đáng ngạc nhiên, những đặc điểm quan trọng cho sự tồn tại của nông dân khắp thế giới.
“Sáu bộ nhiễm sắc thể của khoai lang cũng đóng góp vào sự tăng cường sức chống chịu của nó”, Fei cho biết thêm. “Với nhiều biến dị di truyền quan trọng, loài cây này có thể lưu giữ nhiều bản sao “sơ cua” để giúp sự sống sót của nó trước hạn hán, kháng sâu bệnh và thích những với những môi trường khác nhau – một đặc điểm như một tấm đệm đa bội”.
Tuy nhiên, để có được hiểu biết đầy đủ về tiềm năng di truyền của khoai lang sẽ đòi hỏi sự giải mã vô số biến dị từ những vùng khác nhau, mỗi vùng có thể đem đến nhiều đặc điểm di truyền mà có thể đã bị mất mát đi ở những vùng khác.
Nghiên cứu này do Fei và nhóm nghiên cứu của ông thực hiện đã cho thấy nó còn hơn cả một cột mốc học thuật. Được trang bị hiểu biết rõ ràng hơn về tính di truyền phức tạp của khoai lang, những người làm công tác nhân giống có thể nhận diện một cách hiệu quả các gene phản hồi với những đặc tính chính như năng suất, hàm lượng dinh dưỡng, khả năng kháng hạn và bệnh tật. Sự chính xác này có thể làm gia tốc sự phát triển những giống mới được cải thiện về đặc tính tốt.
Vượt ra ngoài một công trình nghiên cứu về khoai làng, công trình này chứng minh các công cụ bộ gene hiện đại có thể giúp giải mã những bộ gene phức tạp khác bởi nhiều loài cây quan trọng như lúa mì, bông vải và chuối đều đó nhiều bộ nhiễm sắc thể.
Vì khí hậu đã thay đổi và sức ép sâu bệnh đang gia tăng, việc hiểu về những câu đố di truyền sẽ là điều tối cần thiết cho việc tạo ra những giống cây trồng có sức chống chịu và giải quyết những thách thức về an ninh lương thực.
Anh Hiền dịch từ Boyce Thompson Institute
Nguồn: https://btiscience.org/explore-bti/news/post/decoding-sweetpotato-dna-new-research-reveals-surprising-ancestry/
